En electrónica , la celda de Gilbert es un tipo de mezclador de frecuencia . Produce señales de salida proporcionales al producto de dos señales de entrada. Estos circuitos se utilizan ampliamente para la conversión de frecuencia en sistemas de radio . [1] La ventaja de este circuito es que la corriente de salida es una multiplicación precisa de las corrientes de base (diferenciales) de ambas entradas. Como mezclador, su funcionamiento equilibrado anula muchos productos de mezcla no deseados , lo que da como resultado una salida "más limpia".
Es un caso generalizado de uno de los primeros circuitos utilizados por primera vez por Howard Jones en 1963, [2] inventado de forma independiente y ampliado en gran medida por Barrie Gilbert en 1967. [3] Es un ejemplo específico de diseño "translineal", un enfoque en modo corriente al diseño de circuitos analógicos . La propiedad específica de esta celda es que la corriente de salida diferencial es un producto algebraico preciso de sus dos entradas de corriente analógica diferencial.
Hay poca diferencia entre la celda de Jones y el multiplicador translineal en esta topología. En ambas formas, dos etapas de amplificador diferencial están formadas por pares de transistores acoplados por emisor (Q1/Q4, Q3/Q5) cuyas salidas están conectadas (corrientes sumadas) con fases opuestas. Las uniones emisoras de estas etapas amplificadoras son alimentadas por los colectores de un tercer par diferencial (Q2/Q6). Las corrientes de salida de Q2/Q6 se convierten en corrientes de emisor para los amplificadores diferenciales. Simplificado, la corriente de salida de un transistor individual viene dada por i c = g m v be . Su transconductancia g m es (en T = 300 K ) aproximadamente g m = 40 I C . Combinando estas ecuaciones se obtiene i c = 40 I C v be,lo . Sin embargo, I C aquí viene dado por v be,rf g m,rf . Por lo tanto i c = 40 v be,lo v be,rf g m,rf , que es una multiplicación de v be,lo y v be,rf . La combinación de las corrientes de salida de dos etapas diferentes produce una operación de cuatro cuadrantes.
La topología de Jones se puede generalizar "apilando" cualquier número de pares diferenciales (cuyas dos entradas diferenciales y dos salidas diferenciales también están conectadas fuera de fase y en fase, respectivamente) sobre una celda Jones convencional, lo que da como resultado en un circuito que conserva la naturaleza equilibrada del funcionamiento de la celda Jones. Específicamente, la corriente de salida diferencial ahora sería proporcional al producto de un número arbitrario de entradas diferenciales (o alguna función translineal de las mismas). [4] Sin embargo, la utilidad de esta generalización en entornos prácticos de microelectrónica es limitada debido al gran margen de voltaje necesario para mantener todos los transistores en la región de operación adecuada (activa hacia adelante) .
Sin embargo, en las celdas inventadas más tarde por Gilbert, que se muestran en la figura de la derecha, hay dos transistores adicionales conectados por diodos (etiquetados como V1 y V2). Esta es una diferencia crucial porque generan el logaritmo de la corriente de entrada diferencial (X) asociada, de modo que las características exponenciales de los siguientes transistores dan como resultado una multiplicación idealmente perfecta de estas corrientes de entrada con el par restante de corrientes (Y). Esta topología de celda de diodo adicional se utiliza normalmente cuando se requiere un amplificador controlado por voltaje (VCA) de baja distorsión. Esta topología rara vez se utiliza en aplicaciones de mezclador/modulador de RF por varias razones, una de las cuales es que la ventaja de linealidad del cascode linealizado superior es mínima debido a las señales de transmisión de onda casi cuadrada a estas bases. Es menos probable que el impulso sea una onda cuadrada de borde rápido a frecuencias muy altas cuando puede haber alguna ventaja en la linealización.
Hoy en día, se pueden construir circuitos funcionalmente similares utilizando células CMOS o BiCMOS.
